CN105163087A - 基于嵌入式技术的图像增强监控系统 - Google Patents

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CN105163087A CN201510600887.2A CN201510600887A CN105163087A CN 105163087 A CN105163087 A CN 105163087A CN 201510600887 A CN201510600887 A CN 201510600887A CN 105163087 A CN105163087 A CN 105163087A
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color space
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陈客松
巩云龙
周扬
朱虎
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Abstract

基于嵌入式技术的图像增强监控系统，用于改善光线比较暗的情况下监控画面的质量。摄像头采集图像，嵌入式DSP、FPGA或ARM将其由YUV彩色空间转换到RGB彩色空间，再由RGB彩色空间转换到HSV(或HSI)彩色空间，提取亮度V(或I)分量并对其进行直方图均衡，然后由HSV(或HSI)彩色空间转换到RGB彩色空间，输出到显示屏显示，同时以视频的格式存储于存储器中，以供回调查看。克服了光线比较暗的情况下监控画面中细节信息丢失的缺陷，使监控人员可以通过观看监控画面及时发现异常现象，及时排查、报警，将损失或伤害程度降到最低。

Description

基于嵌入式技术的图像增强监控系统
技术领域
本发明涉及监控系统，具体说，是基于嵌入式DSP、FPGA或ARM的图像增强监控系统，通过将摄像头采集到的视频的每一帧图像转换到HSV(或HSI)空间，对亮度V(或I)分量进行直方图均衡，然后输出到显示屏显示。
背景技术
监控系统目前已广泛地应用于现代生活中，从室内监控到道路监控再到公共场所监控，监控系统无处不在。校园教室监控可以确定学生考试当中是否做弊并作为凭证，家庭监控可以预防犯罪或在正当权益受到侵害后给警方提供线索，道路监控可以确定交通事故的原因及责任方，小区监控可以预防犯罪或在案发后给警方提供线索和证据，大型商场或博物馆等场所的监控可以预防失窃和破坏或在案发后给警方提供破案线索。
然而在光线比较暗的环境里，比如室内光线不充足的情况下或在傍晚时分，目前社会上使用的监控系统采集到的视频比较暗从而看不到细节，这可能会造成重要信息的缺失。比如小区保安由于看不到监控画面中的细节，不能及时发现可疑人物的犯罪行为，从而不能及时制止犯罪，这将有可能对受害者造成不可逆转的损失。
不难看出，上述缺点的症结在于光线不充足的情况下监控系统采集到的视频看不到细节，若能在这种情况下，对采集到的视频进行处理，使它还原出本来的细节信息，监控人员将不会因为光线比较暗而错过监控画面中的重要异常现象。
现有的专利针对于彩色图像有说明通过直方图均衡来达到图像增强的效果，然而是在RGB彩色空间完成的，在RGB彩色空间进行直方图均衡，会产生不同程度的色彩偏差；针对这种缺陷，本专利提出将彩色图像先从RGB彩色空间转换到HSV(或HSI)彩色空间，提取亮度V(或I)分量并对其进行直方图均衡，再转换回RGB彩色空间，这种处理方法不会产生色彩偏差，同时也达到了图像增强的目的，整幅图像的对比度、饱和度和亮度都有了明显提升。现有的专利也没有将这种处理方法和嵌入式DSP、FPGA或ARM结合起来应用于监控系统中，于是本专利提出将对彩色图像在HSV(或HSI)彩色空间对亮度V(或I)分量进行直方图均衡这种方法，和嵌入式DSP、FPGA或ARM结合起来应用于监控系统中，来克服光线比较暗的情况下监控画面中细节信息丢失的缺陷，使监控人员可以通过观看监控画面及时发现异常现象，及时排查、报警，将损失或伤害程度降到最低。
发明内容
本发明的目的，是提供一种基于嵌入式DSP、FPGA或ARM的图像增强监控系统，用于改善目前社会上使用的监控系统在弱光下的性能，通过对监控视频的每一帧图像进行图像增强，使其在弱光下细节信息缺失的图像还原出原来应该有的细节信息，并将经过改善后的视频输出到显示屏上。其技术方案是：
基于嵌入式技术的图像增强监控系统，用于改善监控系统在光线比较暗的情况下监控画面的质量，该系统包括：
-嵌入式DSP、FPGA或ARM，用于在HSV(或HSI)彩色空间对亮度V(或I)分量进行直方图均衡；
-摄像头，用于采集视频图像；该摄像头与嵌入式DSP、FPGA或ARM的外设接口连接；
-显示屏，用于显示经过图像增强处理之后的视频；该显示屏与嵌入式DSP、FPGA或ARM的外设接口连接；
-存储器，用于存储监控视频,以供调回查看；该存储器与嵌入式DSP、FPGA或ARM的外设接口连接；
基于嵌入式DSP、FPGA或ARM的图像增强监控系统按如下步骤工作：
(1)、摄像头采集到一帧YUV彩色空间的图像；
(2)、嵌入式DSP、FPGA或ARM对这帧图像进行空间转换，由原来的YUV彩色空间转换到RGB彩色空间，再由RGB彩色空间转换到HSV(或HSI)彩色空间；
(3)、嵌入式DSP、FPGA或ARM从这帧图像分离出亮度V(或I)分量，然后对亮度V(或I)分量进行直方图均衡；
(4)、将直方图均衡后的亮度V(或I)分量和原来的H及S分量对应结合，保存到HSV(或HSI)彩色空间；
(5)、将图像从HSV(或HSI)彩色空间转换到RGB彩色空间；
(6)、将这帧图像输出到显示屏显示，同时以视频的格式存储于存储器内；
(7)、重复步骤(1)～(6)。
本发明的有益效果：基于嵌入式DSP、FPGA或ARM的图像增强监控系统，有效地解决了光线比较暗的情况下监控画面中细节信息缺失的问题，使得经过图像增强处理之后的监控画面在光线比较暗的情况下依然可以看见细节信息，极大地改善了监控画面的质量。同时，监控人员可以通过观看监控画面及时发现异常现象，及时排查、报警，将损失或伤害程度降到最低。
附图说明
图1是本系统的硬件架构示意图
图2是本系统的具体流程示意图
图3是本系统中对于亮度V(或I)分量进行直方图均衡处理的算法流程示意图
具体实施方式
参见图1，是本系统的硬件架构示意图，包括：
摄像头，用于采集彩色图像；
DSP/FPGA/ARM，用于对摄像头采集到的图像由YUV彩色空间转换到RGB彩色空间，再由RGB彩色空间转换到HSV(或HSI)彩色空间，然后对亮度V(或I)分量进行直方图均衡，再转换到RGB彩色空间，输出到显示屏显示，并以视频的格式存储于存储器中；
显示屏，用于显示经过图像增强处理之后的视频；
存储器，用于存储经过图像增强处理之后的视频,以供调回查看。
参见图2，是本系统的具体流程示意图，具体步骤如下：
(1)、摄像头采集一帧图像；
(2)、如果显示屏幕的物理尺寸比这帧图像的像素尺寸小，则通过下采样，使这帧图像的像素尺寸和显示屏幕的物理尺寸匹配；
(3)、将这帧图像从YUV彩色空间转换到RGB彩色空间；
(4)、再从RGB彩色空间转换到HSV(或HSI)彩色空间；
(5)、提取这帧图像在HSV(或HSI)彩色空间的亮度V(或I)分量；
(6)、对亮度V(或I)分量进行直方图均衡处理，方法及流程参见图3；
(7)、将这帧图像从HSV(或HSI)彩色空间转换到RGB彩色空间；
(8)、将这帧图像输出到显示屏，并以视频格式存储于存储器中；
(9)、重复步骤(1)～(8)。
参见图3，是本系统中对于亮度V(或I)分量进行直方图均衡处理的算法流程示意图，具体步骤如下：
(1)、统计整幅图像中各灰度值处的像素点数目GreyCountNumber[i]，其中i为从0到255的整数；
(2)、求取各像素点所在灰度级的概率值GreyProbability[i]＝GreyCountNumber[i]/TotalPixelNumber，TotalPixelNumber为整幅图像的像素点总数；
(3)、对各灰度级的概率值进行累加，GreyProbabilityCount[i]＝GreyProbability[0]+GreyProbability[1]+GreyProbability[2]+...+GreyProbability[i]；
(4)、各灰度级的累加概率值乘以处理的最大灰度值，Map[i]＝GreyProbabilityCount[i]*255；
(5)、用处理后的数据值对各像素点的灰度值进行映射，GreyNew＝Map[GreyOld]；
附带说明，为使DSP、FPGA或ARM能与系统的内存条件、摄像头、显示屏和存储器配套使用，对程序也应做适应性调整，这对从事嵌入式研发的技术人员而言，是件轻而易举的事情，这里不再详述。

Claims (3)

1.基于嵌入式技术的图像增强监控系统，用于改善监控系统在光线比较暗的情况下监控画面的质量，该系统包括：
-嵌入式DSP、FPGA或ARM，用于在HSV(或HSI)彩色空间对亮度V(或I)分量进行直方图均衡；
-摄像头，用于采集视频图像；该摄像头与嵌入式DSP、FPGA或ARM的外设接口连接；
-显示屏，用于显示经过图像增强处理之后的视频；该显示屏与嵌入式DSP、FPGA或ARM的外设接口连接；
-存储器，用于存储监控视频,以供调回查看；该存储器与嵌入式DSP、FPGA或ARM的外设接口连接；
基于嵌入式DSP、FPGA或ARM的图像增强监控系统按如下步骤工作：
(1)、摄像头采集到一帧YUV彩色空间的图像；
(2)、嵌入式DSP、FPGA或ARM对这帧图像进行空间转换，由原来的YUV彩色空间转换到RGB彩色空间，再由RGB彩色空间转换到HSV(或HSI)彩色空间；
(3)、嵌入式DSP、FPGA或ARM从这帧图像分离出亮度V(或I)分量，然后对亮度V(或I)分量进行直方图均衡；
(4)、将直方图均衡后的亮度V(或I)分量和原来的H及S分量对应结合，保存到HSV(或HSI)彩色空间；
(5)、将图像从HSV(或HSI)彩色空间转换到RGB彩色空间；
(6)、将这帧图像输出到显示屏显示，同时以视频的格式存储于存储器内；
(7)、重复步骤(1)～(6)。
2.如权利要求1所述的基于嵌入式技术的图像增强监控系统，其特征在于，所述嵌入式芯片可以是DSP、FPGA或ARM中的任何一种，也可以是DSP和FPGA协同工作、DSP和ARM协同工作、FPGA和ARM协同工作、或者DSP和FPGA和ARM协同工作。
3.如权利要求1所述的基于嵌入式技术的图像增强监控系统，其特征在于，所述彩色图像的直方图均衡，是将彩色图像由其他彩色空间转换至HSV(或HSI)彩色空间，对其亮度V(或I)分量进行直方图均衡。
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